系统辨识，才是工业智能的灵魂---朱豫才

对于流程工业，什么是自动控制，什么是运行优化（经济优化），以及控制和优化的关系，很多人没有搞清楚，包括不少控制专家。现在讲讲我的理解，但愿对同学们有帮助。

自动控制是指控制系统（通常是计算机）自动调节控制变量，如阀门、泵、风机、风门、流量设定值等，以控制被控变量，如温度、湿度、压力、液位、发电负荷、产品组分等。自动控制有多种功能。第一是替代人工操作，降低劳动强度，提高生产的安全性。第二是提高了装置运行的稳定性，降低干扰，从而间接提高产品收益且节能减排。一般来说，一个高品质的自动控制系统要比人工操作强三、四倍，即控制误差降70-80%，响应速度高200-300%。第三个功能是实现运行优化（经济优化）中的卡边优化，并执行寻优优化的结果。这里我说的卡边优化就是模型预测控制的卡边控制功能。为什么叫卡边优化与寻优优化下面马上解释。

运行优化是指通过调节一个或多个优化变量（我起的通俗名字，优化专家一般叫决策变量），使得的生产装置的经济效益最大化。这里经济效益一般是用所谓的目标函数（损失函数）来量化，对其极大（极小）化。

运行优化可分为两个类型：1）卡边优化，2）寻优优化。

卡边优化中，目标函数（损失函数）是优化变量的单调函数且方向已知。这中情况下，优化问题较简单，只要在装置稳定的条件下增加（降低）优化变量直到生产装置的某些约束变量触到其上（下）边界，即卡到边界。卡边优化是用模型预测控制器（MPC）来实现的，即卡边控制功能。PID控制器无法实现卡边优化。卡边优化的例子可以用发电机组主汽温控制来解释：主汽温越高，发电效率（目标函数）越高，但主汽温不能超过一个上限，否则会造成蒸汽管壁的损伤，这里主汽温是MPC的被控变量（CV）。另一个例子是常减压装置进料（即产量）最大化。这里进料是MPC的控制变量（MV），MPC对其最大化，直到某些约束变量（CV）触到其上（下）界。

寻优优化中，目标函数（损失函数）是优化变量的非单调函数。目标函数（损失函数）有一个或多个峰（谷），寻优过程就是寻找这些峰（谷）。寻优优化的例子有：调节发电锅炉的气-燃料比（一般用烟气氧量衡量），以使锅炉燃烧效率最高（即燃耗最低）；调节煤气化炉的氧煤比，以使有效气组分最高；调节母管制多个不同效率锅炉的负荷分配，以使总燃料消耗最小；调节风电场每台风机偏航角，以使风电场总发电量最大（也叫尾流优化）；等等。对于这类问题，优化变量的最优值在其上下界中间的某个位置，要使用某种优化算法进行寻优找到其最优值，所以我叫它寻优优化。由于寻优优化是复杂的优化问题，一般是非线性规划，该功能块被命名为实时优化（RTO）层，位于PID控制层和MPC控制层之上。RTO的优化结果一般用MPC控制器来执行。如果优化变量是PID控制器被控变量的设定值，则可用PID控制器执行。

现在，我们可以用下面的金字塔描述PID控制层、MPC控制层和实时优化（RTO）层三者的关系。

下面问同学一个问题：如果寻优优化的优化变量（决策变量）对应的是MPC控制器的控制变量（MV），应该用工业MPC控制器的那个功能来实现优化结果？或者说，RTO应该把优化结果往哪里写，写到MV上对不对？